长江河道采砂可行性论证问题研究.docx

长江河道采砂可行性论证问题研究岳红艳 ， 黎礼刚 ， 姚仕明（水 利部长江水利委员会 长 江科学院 ， 430010， 武 汉 ）摘 要 ：长江河道采砂活动将影响采砂河段的河床冲淤变化规律，采砂不当会引起河势调整，对采砂河段的防洪安全、航道安全、通航环境安全及水生态与环境等可能带来一定的影响。以武汉经济技术开发区神龙公司第三工 厂一期场平工程吹填采砂可行性论证为例，对采砂可行性论证中的若干关键问题进行了相应的研究，并针对目 前采砂可行性论证中存在的问题提出今后的研究方向。关 键 词 ：河道采砂； 河道演变； 河势； 防洪Issues related to feasibility studies for sand mining in Yangtze River Courses/Yue Hongyan, Li Ligang, YaoShimingAbstract: Sand mining activities has obvious impact on the rules of changes of sediment scouring and concentration. Improper sand mining activities cause changes of river regime, moreover negative impact on flood safety, navigation and ecosystem and water environment. The case of sand mining feasibility study conducted for Phase-I project of Third Fac- tory of Shenlong Corp. in Wuhan Economic and Technology Development Zone provides a base for the study of key is- sues related to appraisal. Future studies are suggested for problems existed in current feasibility studies of sand mining. Key words: river course sand mining； river course evolution； river regime； flood control中 图 分 类 号 ：TV879文 献 标 识 码 ：A文 章 编 号 ：1000-1123（2009）02-0015-04为 尽量减轻河道采 砂 活 动的 不利 影 响 ，需 要 在 分析 和预测采砂河段 河 道 演 变 规 律 和发展趋势的基 础 上 ， 对采砂影响进行 可 行性 论 证 ，合 理 确 定 采 砂 区 位 置 和 采 砂 方 案 ，以 便 为 水 行政主管部门审批提 供 参考依据 。本 文以武汉经济技术 开 发区 神龙公司第三工厂 一 期场平工程吹 填 采 砂 可 行 性 论 证 为 例 ，阐 述 了 在 吹 填 造地采砂可行性论 证 中需要研究 的 主 要 问 题 。 武汉经济技术开发区拟在 长 江武汉河段江中取砂 用 于吹 填 神龙 公 司 第 三 工 厂 一 期 的 建 设 用 地 ，经初 步 测 算 ，该 场 平工程共计需土方约 260 万 m3。 采砂作业所在河段河势和 神 龙三厂一期场平吹填 区 以 及 批 复的 四 个 采 砂 区 地 理 位 置 见 图 1。神 龙三厂 一期工程建设用地吹 填 区位 于收 稿 日 期 ：2008-01-04作 者 简 介 ：岳 红 艳 （1975），女 ，工 程 师 。河 凌 汛 决 口 ， 造 成 很 大 的 影 响 和 损 失 ，教 训 深 刻 。 当 前 ，来 访 和 突 发 事 件 ，及 时 化 解 危 机 、矛 盾 和 纠 纷 ，维 护 稳 定 。二是全面落实安全 生 产责任制和各项 安 全 措 施 ，认 真 抓 好 重 点 领 域 、环 节 、场 所 、部 位 的 安 全 管 理 和 监 督 检 查 ，及 时 消 除 事 故 隐 患 ，严防重特大安全 事 故的 发 生 。 要 做 好 节 日 和 “两 会 ”期间安全保卫和巡 查 工 作 。 三是深入受灾地区 、 对 口扶贫和联系单位 、基 层 困 难 单 位 ，访 贫 问 苦 ，送 温 暖 ， 献 爱 心 ，帮 助 困 难 单 位 、贫 困 职 工 解 决 实 际 困 难 ，安 排 好 节 日期间职工生活 ，走访慰问离退 休 老 同 志 。 四 是 大 力 倡 导 勤 俭 节 约 、文 明 过 节 的 风 尚 ，各 级 领 导 干部要廉洁自律 ，认受 暖 冬 影 响 ， 黄 河 封 河 较 往 年 滞 后 ， 首封点较往年 上 移 ，并同时出现了两个 首封点 ， 加 之 宁 蒙 河 段 河 床 抬 高 、 堤 防 薄弱的现状并 未改变 ， 防 凌 形 势 严 峻 。 黄 河 、松 花 江 、黑 龙 江等北方河流有防凌汛任务的地方和流域机构 ，要坚决落实 防凌责任制，完善防凌预案，加强凌情监测预报 ，要统筹落实 “拦、调、分、疏、滞、泄、守”等各项防凌措施，确保防凌安全。四要周到细致地做好春节和“两会”期间相关工作。 一 是 认真落实值班工作的各 项 制 度 ， 严格执行领导 干 部值 （带 ）班制度和岗位 责 任制 。 保证能及时处理好 群 众的来信 真遵 守各项廉洁自律规定 ，严 禁 铺 张 浪 费 。15水河湖管理CHINA WATER RESOURCES 2009.2后 ，滩尾上提至大桥以上 ，在靠 大桥上游滩身扩宽 ， 形 成 向江心突出的边滩 。 1976 年 、1993 年 和 1998 年 ，6 m 高 程 边 滩 最 大 宽 度 约 为 600 余 m。 1998 年 9 月 2004 年12 月 6 m 高 程 边 滩 最 大 宽 度 展 宽 约 200 m，2007 年 较2004 年又有所冲刷 萎 缩 ，2007 年 较 2006 年 淤 长 展 宽 约 300 m。汉 阳边滩年内变化过程 ：一 般 枯长 江武汉河段中段白沙 洲 分 汊 段 左岸 ，四 个 采 砂 区 位于军山大桥和长江 大 桥 之 间 。高 程 等 高 线 最 大 冲 退 约 450 m，19932003 年 ，6 m 高 程 等 高 线 又 淤 长 外 延 ， 最大淤长展宽约 500 m。20032006 年 ，沌南洲边滩滩尾累计 淤 积 下 延 近 400 m。 2007 年 11 月 6 m 高 程 等 高 线 较 2006 年 4 月 冲 刷 后 退 严 重 ，累计最大冲刷 后 退约 500 m。（3）白 沙 洲 变 化白 沙 洲 多 年 （19592007 年 ）来 平 面 位 置 较 稳 定 ，其 形 态 和 洲 顶 高 程 随水文年不同表 现 为冲淤交替变化 。1998 年 大 洪 水 作 用 后 至 2002 年 ， 白 沙 洲 受 到 冲 刷 ，洲顶最大高程均 下 降 约 1.0 m；20022007 年 白 沙 洲 洲 体 冲 刷 有 所 缩 小 。根 据统计资料可知 ，多 数 年 份 内（除 1965 年 、1976 年 外 ） 白 沙 洲 10 m 高 程等高线与河道右岸 边 滩 10 m 高 程等高线连成一体 ， 在 白 沙 洲 右 汊 口 门 附 近 形 成 一 道 拦 门 坎 ， 使 枯 水 期 白沙洲右汊成为一个 倒 套 ， 个 别 年 份 （1993 年 、 1998 年 ） 洲 头 以 上季 12 月边滩淤长至 最 宽 ，汛 前 涨水 期 ， 边 滩 冲 刷 后 退 ， 汛 期 汉 阳 边滩 冲 刷 至 最 窄 ， 汛 后 开 始 回 淤 ，至 次 年水位最低时又 淤 长 最宽 ，此 后 往 返 循 环 。2.采砂区河床冲淤变化及以往采 砂区回淤情况（1）采 砂区河床冲淤变化 杨泗矶采区：19862007 年该采区 河床累积 淤 积 约 3 万 m3， 其 中20032007 年河床呈淤积趋势 ，累 积 淤 积 约40 万 m3。沌 南 洲 采 区 ： 1986 2006 年 该 采 区 内 河 床 累 计 淤 积 32 万 m3，20032006 年 该 采区内河床累计淤 积 17 万 m3。 由 于 2007 年 中 铁 武 桥 重 工 白沙洲厂区吹填采砂 作 业 在 该 采 区 附 近 的 开 采 时 间 安 排 在 2007 年45 月 和 1011 月 ，受 此 影 响 2007 年11 月 较 2006 年 4 月 地 形 出 现 了 较 大 冲 刷 ，采 区 内 河 床 冲 刷 约 43 万 m3。白 沙 洲 采 区 ：19861998 年 该 采 区内 河床呈淤积趋势 ，累 积 淤 积 约 98 万 m3；19982003 年 ， 该 采 区 内 河 床 累 积 冲 刷 约 108 万 m3，20032007 年 采 区 较 为 稳 定 ，该 采 区 内 河 床 累 积 淤 积 约 6 万 m3。汉 阳 边 滩 采 区 ： 19862007 年 该采区 内河床累积淤积约 4 万 m3， 其 中 20042006 年该采区内河床累 积 冲 刷 约 62 万 m3，20062007 年 该 采 区 内 河 床 淤 积 约 79 万 m3。由 上述各采砂区河 床 冲 淤变 化一、采砂河段河床演变特点1.洲滩变化（1）杨 泗 矶 潜 洲杨 泗 矶 潜 洲 （10 m 高 程 等 高 线 ） 位 于龙船矶至石咀之间 放 宽 段 的 右 侧 ，洲 头 低 洲 尾 高 ，多 年 来 ，一 直 未 露 出 水 面 ，其 平 面 位 置 （除 1998 年 大 水 冲 刷 消 失 以 外 ）相 对 较 稳 定 。杨 泗矶潜洲年际间 的 变 化主 要 表 现 为 ， 中 小 水 年 洲 体 淤 长 展 宽 与 冲 刷 萎 缩 交 替 出 现 ，其中最大淤长约 1 km，最 大 展 宽 约 190 m。 洲 顶 及 右 汊 多 年来累积有所 淤 高 ，19592007 年洲 顶 累 计 淤 高 1.6 m。右 汊 最 大 冲 淤变 幅 为 7.2 m；大 水 年 洲 体 冲 刷 萎 缩 ，1998 年大洪水后杨 泗 矶潜洲 10 m 洲 体 几 乎 完 全 冲 失 。（2）沌 南 洲 边 滩根 据 沌 南 洲 边 滩 6 m 高 程 线 历 年 变 化 可 知 ，沌 南 洲 边 滩 位 于 小 军 山 与 沌 口 之 间 的 左 岸 ，石 咀 的 对 岸 。 多 年 来 ， 边 滩的平面位置比较 稳 定 ，平 面形态除在局部 年 份 （如 1998 年 ） 沌 南洲边滩滩尾 淤积下延与右 岸 白 沙 洲洲 头上游处的何坡山边滩 连 为 一 体 外 ，其 余 年 份 变 化 不 大 。 其 变 化 主 要表现为 滩尾的冲刷萎缩 和 淤 长下 延 交替出现，滩头变化相对较小 。 年际 间 存在冲淤交替变化 ， 其 中 19811993 年沌南洲边滩冲 刷 后退 明 显 ，6 m边 滩 向 江 中 有 所 伸 展 。20062007年 ， 白沙洲左侧中部 有 所冲 刷 ， 白沙 洲 右 汊 进 口 10 m 高 程 等 高 线 所 形 成 的 倒 套 出 现 “ 缩 颈 ” 现 象 ， 且 该 “缩 颈 ” 部 分有所冲刷下移 。 白 沙 洲 年 内 变 化 较 小 ， 一 般 是 汛 期 淤 长 ， 汛 后 冲 刷 还 原 。（4）汉 阳 边 滩 变 化汉 阳 边 滩 （6 m 高 程 等 高 线 ）年 际 间变化幅度较大 ，长 江 大 桥 修 建 前 呈 狭 长 带 状 （ 据 20 世 纪 50 年 代 初 测 图 ）， 滩 尾 伸 至 汉 江 河 口 。 大 桥 建 成16水河湖管理2009.2中 国 水 利分 析 表 明 ，多 年 来 （19862007 年 ）随着 水 文 年 的 不 同 ， 四 个 采 区 （ 杨 泗 矶 采 区 、沌 南 洲 采 区、白 沙 洲 采 区 和 汉 阳 边 滩 采区 ）内 河 床 呈 现 冲 淤 交 替 变 化 。近 几 年 来 （20032007 年 ），除 沌 南 洲 采 区 河 床 因 受 2007 年 实 施 的 采 砂 作业 的 影 响 而 来不 及 回 淤 外 ， 其 他 三 个采区都呈现出不同程度 的淤积态势 。（2）以 往采砂区回淤情况 目 前分析河段内已 实 施 采砂 的起 整体河势发生重大变化 。体 方 案 见 图 1， 具体控制开采 高 程 和控制开采量见表 1。1.采砂对河势的影响分析本 次四个采区位于 大 军 山至 长 江 大 桥 之 间 ，该 河段 上有蛤蟆矶和石 咀 ， 下 有 龟蛇山两对节点的约束 ，以 及两岸堤防护岸 工 程 的控 制 ，多 年 来 河 势 处 于 相 对 稳 定 状 态 。汉 阳边滩采区局部 河 段 多年 来（19592007 年 ） 深 泓 平 面 位 置 随 白 沙洲与潜洲左缘 、荒 五里边滩以及汉 阳边滩的 冲淤变化而有所摆动 。 数 模 计 算 结 果 表 明 ，采 砂 后 主 流 线 未 发 生 明 显 偏 移 ； 采区 上游流速增大有限 ， 下 游 流 速 增 大 较 小 ， 影 响 范 围 有 限 ； 主河槽流速变化 较 小 ；且 采 砂 区 内 和 左 侧 流 速 减 小 明 显 ，有 助 于 此 处 泥 沙 淤 积 。白 沙洲采区段深泓 线 逐 渐由 右 岸 过 渡 到 左 岸 ， 在 通 顺 河 出 口 附 近 ， 年 际 间 深 泓 线 左 右 有 所 摆 幅 ，最 大 摆 幅 约 380 m，但 20062007 年 该 处 深 泓 线 摆 幅 很 小 。 数 模 计 算 结 果 表 明 ， 采砂后主流线未发 生 明 显 偏 移 ；采 区 上 游 流 速 增 大 有 限 ，下 游 流 速 增 大 较 小 ， 影 响 范 围 有 限 ； 主 河 槽 流 速 变 化 较 小 ；且 采 砂 区 内和右侧流速减小明 显 ，有助于此处泥沙淤积 。沌 南洲采区段主流 多 年 来由 右 岸 经 石 咀 挑 流 后 逐 渐 向 左 岸 过 渡 ， 于 蛤 蟆 矶 附 近 贴 岸 下 行 ， 采 区 右 缘距 深 泓线平均距离约 600 m。 数 模 计 算 结 果 表 明 ， 采 砂 后 主 流 线 未 发 生明 显 偏 移 ； 采 区上游流速增大有限 ， 下 游 流 速 增 大 较 小 ， 影 响 范 围 有 限 ； 主河槽流速变化 较 小 ； 且 采 砂 区 内二、采区泥沙补给分析20 世 纪 90 年 代 后 ， 长 江 上 游 来沙 量 明 显 减 少 ，长 江 中 下 游 河 段 每 年 悬 移 质 泥 沙 沉 积 量 也 会 相 应 减 少 ，但 由 于 长 江 来 沙 总 量 较 大 ，各 河 段 每 年 悬移质泥沙沉 积 量仍然较大 。 据 统 计19902001 年宜昌至大通河段平均 每 年 粒 径 大 于 0.1mm 以 上 的 悬 移 质 泥 沙 沉 积 量 为 1 400 万 t。 因 此 长 江 中下 游河段仍有较丰富的 泥 沙储 量 和补 给 。根 据相关研究成果和 三 峡蓄 水 运 用 后 近 几 年 实 测 资 料 分 析 表 明 ， 尽管三峡 水库运用后武汉河 段 的 来 沙总量有所减少 ， 但 粗 颗 粒 （ 粒 径项 目 共 有 4 个 。根 据 调 查 情 况 ，以 往各采砂活动 除倒口湖和四新 地 区 二期 采砂吹填工程还有部 分 砂 量 待 采 外 ， 其 他 采 砂活 动都已开采完毕 ，已 开采项 目的开采施工时 间 集 中在 20062007 年 中 的 非 汛 期 。已 往工程各采砂区 局 部 近期 河 床多呈冲淤交替 变 化 ，其 中 2006 年 4月 2007 年 11 月 除 荒 五 里 边 滩 冲 刷19 万 m3、 沌 南 洲 冲 刷 37 万 m3 （ 采 砂 时 间 与 测 量 时 间 相 差 较 近 ） 外 ， 其 余 各采 区均有不同程度的淤积 。 回 淤 分 析 表 明 ，白 沙 洲 洲 头 采 区 回 淤 情 况 较 好 ，2006 年 1 月 至 2007 年 11 月 汛 前 或汛后分别实施 了 四新一 期 、 二 期 (2007 年 11 月 地 形 测 量 后 仍 有 少 量 采 砂 继 续 进 行)和倒口湖的采砂 活 动 ， 但 其 回 淤 率 分 别 为 94% 、101% 和123%； 汉 阳边滩由于处于淤积期 ，回大 于 0.125 mm）占 沙 重 百 分 比 较 建库 前 有 所 增 加 。 定 性 上 来 看 三 峡 水库 运 用 初 期 ， 武 汉 河 段 的 泥 沙 补 给 影 响 较 小 ， 采 砂 后 采 区 泥 沙 仍 能 得 到 补 给 。二 维水沙数学模型选取 1998 年（ 大 水 中 沙 ）、1987 年 （ 中 水 中 沙 ）、2006 年 （ 小 水 少 沙 ） 三 个 典 型 年 份 的 水 沙 资 料 ，对 各 个 拟 采 区 进 行 了 泥 沙 回 淤 计 算 。 计 算 结 果 表 明 ，各 采 区 在 不 同来水来沙条件下采 区 回淤 率 相 差 较 大 ， 一 般 上 游 来 沙 量 越 大 ， 回 淤 率 越 高 ，在 枯 水 少 沙 年 ，回 淤 量 很 小 。 以 上 分 析 表 明 ，拟 选 采 区 仍 有 较多 的 泥 沙 储 量 ，采 砂 后采区泥沙仍能 得 到 补 给 。淤 率 高 达 508% ；沌 南 洲 由 于 开 采 时间与最近地形 测 量 时 间 较 近 ，回 淤 率仅 为 18%。3.采砂河段演变规律及趋势从 采砂河段近期演变情 况 来看 ， 近 几 十 年 来 ，本 河段 主流平面摆动较 小 ； 由于 沿岸有多处节点控制 ， 两 岸 的崩岸险工段均 已 实 施护 岸 工 程 ，因 此 岸 线 基 本 稳 定 ；白沙洲汊道分流分 沙 比 相 对 稳 定 ， 没 有 单 向 变 化 的 趋 势 ， 河 势 相 对 稳 定 ， 但洲滩仍将随不 同水文 年的来水来沙条件 而 有 所冲 淤 变 化 。三 峡工程建成后随 着 水 沙过 程 的 改 变 ， 预 计 武 汉 河 段 洲 滩 、 深 槽 也 将 发 生 相 应 的 冲 淤 变 化 ，但 不 至 于 引三、采砂影响分析经 多次优化比选后 ，拟 选 采 区 具表 1 拟选采区控制开采高程 、控 制 开 采 量注 ：沌南洲采区为备采区 。17水采 区 名 称采 区 长 度 （m）采 区 宽 度 （m）开 采 高 程 （m）开 采 量 （104m3）杨 泗 矶 采 区11003405.8140沌 南 洲 采 区15801605.050白 沙 洲 采 区9602605.570汉 阳 边 滩 采 区11001474.550河湖管理CHINA WATER RESOURCES 2009.2和 左侧流速减小明显 ， 有 助 于 此 处泥 沙 淤 积 。杨 泗矶采区段河道 平 面 形态 顺 直 ， 深泓线居江中偏 靠 左 岸 ，19591998 年深泓线最大平面摆幅约 650 m，19982007 年 采 区 附 近 深 泓 线 最 大 平 面 摆 幅 约 500 m。 数模计算结果表 明 ，采砂后主流线未发 生 明 显 偏 移 ；采 区上游流速增大有限 ， 下 游 流 速 增 大 较 小 ，影 响范 围 有 限 ；主 河 槽 流 速 变 化 较 小 ； 且采砂区内和右侧 流 速 减 小 明 显 ，有 助 于 此处 泥 沙 淤 积 。采 砂后采砂河段河 床 总 体冲 淤 变 化 不 明 显 ， 采 砂 局 部 区 域 略 有 调 整 ，但 对 河 势 影 响 较 小 。根 据河演分析和数 模 计 算结 果 表 明 ， 采 砂 后 采 砂 影 响 主 要 集 中 在 采 区 附 近 局 部 区 域 ， 对 采 砂 河 段主河 槽流速流态及总 体 河 势影 响 较 小 。2.采砂对防洪及堤防工程的影响 分析数 模 计 算 结 果 表 明 ， 采 砂 后 采 区 段 行洪过水面积 扩 大 ； 采 区 上 、近 岸 坡 处 流速一般略增加 14 cm/s，采 区 上 游 近 岸 坡 处 流 速 增 加 较 小 ，而采区近侧岸 坡处流速一般可 减 小1 25 cm/s。 采区 对岸侧河岸近大堤 、 近 岸 处 流 速 略 有 减 小 。 因 此 ，采 砂 后 对 岸 坡 影 响 不 大 , 对 河 道 两 岸 防 洪 大 堤 影 响 较 小 。由 于各个采砂区采砂 前 后典 型 横 断 面 近 岸 坡 度 均 较 缓 ， 故 采 砂 对 采区近岸 岸坡的稳定不构成 不 利 影 响 。3.采砂对航道和通航环境安全的 影响分析经 研 究 表 明 ，各 拟 选 或 备 选 采 砂区航道条件较好 ，具 备设置采区的基 本 条 件 。采 砂施工由于施工船 舶 作业 和 装 运 船 舶 回 转 会 占 用 一 部 分 水 域 ， 且 运 砂 船 舶 频 繁 靠 泊 ， 对 通 过 采 砂 河 段的其他船舶正常航 行 会带 来 一 定 影 响 ， 由 于 采 砂 船 舶 在 靠 近 航 道 水 域 施 工 ， 过 往 船 舶 也 会 对 施 工 船 舶自身安全造成一 定 隐患 。 但 若 采 取 各 项 安 全 保 障 措 施 ， 各 方 共 同 配 合 ， 消 除 不 安 全 因 素 ， 各 采 砂 区 采 砂 作业仍是可行的 。4.采砂对水环境与水生态影响 分析四 、 对采砂可行性论证工作 的 建 议采 砂可行性论证是 对 采 砂影 响的 事 前 预 测 ，为 控制 不合理采砂给河 势 、防 洪 、通 航 等方面带来较大影响 。 采砂可行性论证时应 当 提出在 采 砂 作 业 实 施 前 、 实 施 过 程 中 和 实 施 完 成 后 ， 对采砂区及可 能 影 响 的河 段 进行水质监测和 水 文地形 观 测 ， 现 场监管单 位应加强采砂作 业 过 程 的 管 理 ， 发现问题及时采取 相 应 措 施 的 建 议 。目 前 ，国内对河道采砂可 行 性 论 证的影响问题的研 究 工 作 ，大 多 属 于 定 性 分 析 和 描 述 ，定量和系统的 研 究 工作和研究成果仍 然 较为 欠 缺 。 因 此 ，今 后 需 全 面深入的分析长江河道 采 砂 影 响 机 理 ，建 立 河 道 采 砂 可 行 性 论 证 评 价 层 次 分 析 结 构 模 型 ，应 用 层 次 分析法对各个采砂影响因 素 进 行 权 值 计 算 ，使 已 有 的认识和概念更具 有 定 量 化 和 科 学 化 ，可 使 采 砂 可 行 性 论证影响因素更加 条理化和系统化 ， 有利于 提高长江河道采砂 可 行性 论 证影响机理研究和 治 理措施的 针 对 性 ，从 而 实 现 对河道采砂过程的 管 理 和 控 制 。长 江河道采砂对河 道 的 影响 程 度除与年度采砂总 量 有 关 外 ，还 与 采 砂 区 布 置 、 采 砂 开 采 高 程 、 采 砂 过 程 等涉及采区的一些参 数 均有着 密 切 的 关 系 ，这 些 参数的选择目前尚无明 确 的 规 范 可 循 ， 这 也 是 研 究 的 难 点 。 今后应在总结 以 往